陳小平

摘要：隨著智能化開關(guān)、光電式互感器等機電一體化設(shè)備的出現(xiàn)，數(shù)字化變電站從理論變?yōu)楝F(xiàn)實，隨著智能電網(wǎng)的大力發(fā)展一個數(shù)字化變電站時代即將來臨。該文主要從數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的技術(shù)特點、與常規(guī)變電站的優(yōu)勢及應(yīng)用中存在的問題等幾個方面進行論述。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化變電站；lEo61850

一、引言

數(shù)字化變電站是當前電力系統(tǒng)研究的熱點，數(shù)字化變電站是由智能化一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備分層構(gòu)建，建立在IEC61850通信規(guī)范基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)變電站內(nèi)智能電氣設(shè)備間信息共享和互操作的現(xiàn)代化變電站，作為一門新興技術(shù)，數(shù)字化變電站從提出開始就受到了極大的關(guān)注，并已成為我國電力系統(tǒng)研究的熱點之一。隨著相關(guān)軟硬件技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，數(shù)字化變電站必將成為變電站技術(shù)的發(fā)展趨勢。

二、數(shù)字化變電站的產(chǎn)生及發(fā)展

盡管20世紀90年代以來變電站綜合自動化技術(shù)的發(fā)展對于電網(wǎng)運行技術(shù)的提高起到了十分積極的作用，改善了變電站自動控制的能力和可靠性，但在實現(xiàn)技術(shù)方案上基本上還是維持著常規(guī)變電站自動化系統(tǒng)原有的功能和邏輯關(guān)系，在工作方式上多數(shù)仍然是各自獨立運行，形成了各種“信息孤島”現(xiàn)象。數(shù)據(jù)交互方面由于規(guī)約的限制，不同廠家的設(shè)備之間不能互相通信，不能共享資源，裝置的冗余配置并不能實現(xiàn)信息的冗余應(yīng)用。涉及到不同廠家產(chǎn)品同時應(yīng)用時，系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)時間長，系統(tǒng)的穩(wěn)定性較差，對維護及運行帶來了極大的不便，一定程度上影響了變電站自動化系統(tǒng)的投入率。

隨著光電技術(shù)在傳感器應(yīng)用領(lǐng)域研究的突破，IEC61850標準的頒布實施，以太網(wǎng)通信技術(shù)的應(yīng)用，以及智能斷路器技術(shù)的發(fā)展，給變電站自動化技術(shù)帶來了一個嶄新的發(fā)展機遇。這些相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用使數(shù)字化變電站興起并不斷向前發(fā)展。

目前，國內(nèi)在數(shù)字化變電站設(shè)備領(lǐng)域的研究已經(jīng)取得了長足進展。具有國際先進水平的國產(chǎn)光電互感器已通過國家級鑒定，多個數(shù)字化變電站已先后投入運行，隨著智能電網(wǎng)的大力發(fā)展，更多的數(shù)字化變電站將會投入電網(wǎng)運行。

三、數(shù)字化變電站的技術(shù)基礎(chǔ)

1.IEC61850標準

IEC61850標準中引入了抽象通信服務(wù)接口(ACSI)為智能電子設(shè)備提了抽象通訊服務(wù)的一種虛擬接口，ACSI使變電站自動化功能完全獨立于具體的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，因此最新網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以很快被應(yīng)用于變電站中。另外，ACSI使物理的IED(智能電子設(shè)備)隱藏起來，變電站功能可以被靈活地分配到多個lED中，還可以開發(fā)ACSI網(wǎng)關(guān)裝置以接人不支持1EC61850的IED[2]。

2.智能開關(guān)和電子互感器

光電式互感器不用鐵芯做磁耦合而是將高電壓、大電流直接變換為數(shù)字信號，消除了磁飽和及鐵磁諧振現(xiàn)象，互感器運行暫態(tài)響應(yīng)好，穩(wěn)定性高，保證了系統(tǒng)運行的高可靠性?；谖C、電力電子技術(shù)和新型傳感器建立新的斷路器二次系統(tǒng)，保護和控制命令直接通過光纖傳輸?shù)綌嗦菲鞑僮鳈C構(gòu)的數(shù)字化接口，消除了傳統(tǒng)斷路器二次電纜過多而帶來的斷路器運行的安全隱患。

四、數(shù)字化變電站的主要特點

數(shù)字化變電站各類數(shù)據(jù)從源頭實現(xiàn)數(shù)字化，真正實現(xiàn)信息集成、網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)共享。

1.智能化的一次設(shè)備

在電流、電壓的采集環(huán)節(jié)采用數(shù)字化電氣測量系統(tǒng)，如光電／電子式互感器，實現(xiàn)了電氣量數(shù)據(jù)采集的數(shù)字化應(yīng)用，為實現(xiàn)信息集成化應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。一次設(shè)備被檢測的信號回路和被控制的操作驅(qū)動回路采用微處理器和光電技術(shù)設(shè)計，簡化了常規(guī)機電式繼電器及控制回路的結(jié)構(gòu)，數(shù)字程控器及數(shù)字公共信號網(wǎng)絡(luò)取代傳統(tǒng)的導(dǎo)線連接。換言之，變電站二次回路中常規(guī)的繼電器及其邏輯回路被可編程序代替，常規(guī)的強電模擬信號和控制電纜被光電數(shù)字和光纖代替。

2.網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加緊湊，數(shù)字化電氣量監(jiān)測系統(tǒng)具有體積小、重量輕等特點，可以有效地集成在智能開關(guān)設(shè)備系統(tǒng)中，按變電站機電一體化設(shè)計理念進行功能優(yōu)化組合和設(shè)備布置。打破常規(guī)變電站的監(jiān)視、控制、保護、故障錄波、量測與計量等幾乎都是功能單一、相互獨立的裝置的模式，改變了硬件重復(fù)配置、信息不共享、投資成本大的局面。數(shù)字化變電站使得原來分散的二次系統(tǒng)裝置，具備了進行信息集成和功能合理優(yōu)化、整合的基礎(chǔ)，二次設(shè)備之間的連接全部采用高速的網(wǎng)絡(luò)通信，通過網(wǎng)絡(luò)真正實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、資源其享，常規(guī)的功能裝置在這里變成了邏輯的功能模塊。

3.自動化的運行管理系統(tǒng)

系統(tǒng)建模實現(xiàn)標準化，IEC61850確立了電力系統(tǒng)的建模標準，為變電站自動化系統(tǒng)定義了統(tǒng)一的、標準的信息模型和信息交換模型，實現(xiàn)智能設(shè)備的互操作，實現(xiàn)變電站信息共享。對一、二次設(shè)備進行統(tǒng)一建模，資源采用全局統(tǒng)一命名規(guī)則，變電站內(nèi)及變電站與控制中心之間實現(xiàn)了無縫通信，從而簡化系統(tǒng)維護、配置和工程實施。

設(shè)備實現(xiàn)廣泛在線監(jiān)測，使得設(shè)備狀態(tài)檢修更加科學(xué)可行。在數(shù)字化變電站中，可以有效地獲取電網(wǎng)運行狀態(tài)數(shù)據(jù)、各種智能電子裝置的故障和動作信息及信號回路狀態(tài)。數(shù)字化變電站中將幾乎不再存在未被監(jiān)視的功能單元，在設(shè)備狀態(tài)特征量的采集上沒有盲區(qū)。設(shè)備檢修策略可以從常規(guī)變電站設(shè)備的“定期檢修”變成“狀態(tài)檢修”，這將大大提高系統(tǒng)的可用性。

五、數(shù)字化變電站的優(yōu)勢

數(shù)字化變電站技術(shù)是變電站自動化技術(shù)發(fā)展中具有里程碑意義的一次變革，對變電站自動化系統(tǒng)的各方面將產(chǎn)生深遠的影響。數(shù)字化變電站三個主要的特征就是“一次設(shè)備智能化，二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化，符合IEC61850標準”，即數(shù)字化變電站內(nèi)的信息全部做到數(shù)字化，信息傳遞實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，通信模型達到標準化，使各種設(shè)備和功能共享統(tǒng)一的信息平臺。這使得數(shù)字化變電站在系統(tǒng)可靠性、經(jīng)濟性、維護簡便性方面均比常規(guī)變電站有大幅度提升。

我國微機保護在原理和技術(shù)上已相當成熟，常規(guī)變電站發(fā)生事故的主要原因在于電纜老化接地造成誤動、CT特性惡化和特性不一致引起故障、季節(jié)性切換壓板易出錯等。這些問題在數(shù)字化變電站中都能得到根本性的解決。

數(shù)字化變電站中采用電子式互感器根本性地解決了CT動態(tài)范圍小及飽和問題，從源頭保證了保護的可靠性。信息傳遞全部采用光纖網(wǎng)絡(luò)后，二次回路設(shè)計極大簡化，保護壓板、按鈕和把手大大減少，顯著減少運行維護人員的“三誤”事故，光纖的應(yīng)用也徹底解決了電纜老化問題，系統(tǒng)可靠性得到充分保障。

除此之外，數(shù)字化變電站中IEC61850所支持的互操作性，把用戶從不同制造商設(shè)備互聯(lián)困難的限制中解脫出來，提高了變電站選擇產(chǎn)品的自由度。不僅如此，通用的配置方式提高了用戶對設(shè)備的駕馭能力，即使某些設(shè)備的供應(yīng)商出現(xiàn)問題，該產(chǎn)品仍可與其它設(shè)備組織在統(tǒng)一系統(tǒng)中，從而保護了變電站投資。標準化的信息模型實現(xiàn)了變電站信息共享，原先的某些保護功能可以由一個軟件模塊來實現(xiàn)了，如母線保護、備自投等，設(shè)備的減少同時減少了變電站的占地面積，節(jié)約了大量成本，而且提高了可靠性。數(shù)字化變電站中實現(xiàn)了信息共享，設(shè)備提供了更豐富的狀態(tài)監(jiān)測信息，根據(jù)這些信息可實現(xiàn)更智能化的維護工作，包括故障診斷和定位，維護更簡便。

六、數(shù)字化變電站應(yīng)用中存在的問題

由于光電／電子式互感器本身的結(jié)構(gòu)特點和工作方式，導(dǎo)致互感器的角差、比差現(xiàn)場試驗難以進行，甚至極性試驗也無法開展，只能等到設(shè)備投運帶電后，才能檢驗接線的準確性。另外，光電／電子式互感器的局放試驗、伏安特性試驗的試驗方法和標準也與常規(guī)設(shè)備有很大的區(qū)別，這都需要設(shè)備廠家和運行主管單位專門制定。

數(shù)字化變電站保護校驗相對復(fù)雜，在變電站運行的條件下對部分間隔保護校驗的難度很大，目前的常規(guī)繼電保護校驗裝置無法提供數(shù)字化保護所需的電流量和電壓量，因為電流量和電壓量必須經(jīng)過合并器才能進入保護裝置，而要完成試驗必須自帶合并器提供模擬試驗中的電流量和電壓量，要完成母差保護這類需要大量電流電壓量的保護校驗便顯得尤為困難。

IEC61850通信協(xié)議本身并未對變電站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全性做任何規(guī)定，同時協(xié)議本身的開放性和標準性給變電站的網(wǎng)絡(luò)安全帶來重大隱患。要做到二次系統(tǒng)信息的保密性、完整性、可用性和確定性，符合二次系統(tǒng)安全防護的要求，是自動化廠家仍需考慮和完善的技術(shù)環(huán)節(jié)

七、結(jié)束語

本文對數(shù)字化變電站進行了介紹和論述，分析了數(shù)字化變電站的特點并闡述了其與常規(guī)變電站的優(yōu)勢。當然數(shù)字化變電站還處于起步期，還存在很多的不足，這些需要在數(shù)字化變電站的發(fā)展過程中去解決和完善，在未來電網(wǎng)發(fā)展工程中常規(guī)變電站被數(shù)字化變電站代替的趨勢是不會變的，它將為我國“智能電網(wǎng)”的建設(shè)打下堅實的基礎(chǔ)。